Paroplynový cyklus s akumulací tepla a elektrodovým kotlem v systému CZT

• Foto

Zdroj Červený mlýn byl uveden do provozu v září 1999. Umožňoval výrobu elektřiny a tepla, spalováním zemního plynu nebo lehkého topného oleje. Od začátku bylo možno část vyrobeného tepla přechodně uložit do teplovodního akumulátoru (190 MWht). V souvislosti s rozvojem energetického trhu po roce 2000, se schopnost zdroje hospodárně řešit problémy rozdílných potřeb denních dodávek elektřiny a tepla pomocí akumulace tepla ukázala jako vysoce efektivní. V roce 2004 zahájil Červený mlýn (dále jen ČM) poskytování podpůrných služeb (PpS) a současně se realizovala výstavba by-pasového komínu, který umožnil provoz plynové turbíny v jednoduchém plynovém cyklu a poskytování rychle startující dispečerské zálohy.

Teplárny Brno jako ekologicky odpovědná organizace vždy preferovala spalování zemního plynu. Možnost spalovat záložní kapalné palivo v podobě lehkého topného oleje byla na zdroji ČM jen rezervní provozní varianta. V roce 2016 bylo vedením společnosti rozhodnuto o novém využití dlouhodobě nevyužívané nádrže lehkého topného oleje o objemu cca 4400 m³, jako druhého akumulátoru tepla a o výstavbě nového elektrodového kotle. Obě investiční akce jsou technologicky vzájemně spjaty a jejich cílem je efektivně umožnit poskytování podpůrných služeb.

Realizační fáze přestavby nádrže LTO na akumulátor byla zahájena v červnu 2017, v lednu 2018 proběhlo naplnění vodou a v únoru 2018 topné zkoušky. Stratifikační vestavba nového  akumulátoru je stejné konstrukce jako v původním akumulátoru, přičemž nový akumulátor umožňuje uložit až 155 MWh tepelné energie. Výsledkem je unikátní technické dílo, které v obou dvou akumulátorech umožňuje ukládat až 345 MWh tepelné energie. Tepelná energie je ukládána do akumulačního systému v době poklesu odběru tepla (např. v noci) a vybíjena v dobách špičkového odběru (např. v ranní špičce). Teplo lze akumulovat jak z vlastní technologie ČM, tak i z externí tepelné sítě, tj. i z dalších tepelných zdrojů v rámci propojené sítě CZT (např. spalovna komunálního odpadu SAKO Brno). Rozšířený systém akumulace tepla omezí využívání špičkových zdrojů v tepelné soustavě, zvýší její spolehlivost a efektivitu.

Výstavba elektrodového kotle započala v říjnu 2017, přičemž zprovozňování a první topné zkoušky jsou plánovány v srpnu a září 2018. Pro účely poskytování záporné regulační energie (záporné sekundární regulace výkonu a záporné minutové zálohy) byl vybrán kotel od renomované norské společnosti PARAT Halvorsen AS.

Horkovodní kotel vyniká vysokou rychlostí a účinností. Tepelný výkon z kotle bude přes deskový výměník buď nabíjen do nového rozšířeného systému akumulace tepla, nebo bude distribuován přímo do horkovodní soustavy. Zařízení bude napájeno z napěťové úrovně 10,5 kV přes oddělovací transformátor. Veškerá technologie bude soustředěna v nové budově elektrodového kotle, jenž se bude nacházet v těsné blízkosti systému akumulace tepla.

Po dostavbě a komplexním vyzkoušení bude paroplynový cyklus s rozšířeným systémem akumulace tepla a elektrodovým kotlem schopen nabídnout širší pásmo sekundární regulace činného výkonu v rozsahu fiktivního bloku 30 až 83 MWe.

Obr. 1 – Zjednodušené schéma paroplynového cyklu Červený mlýn po roce 2018. Kde TG1 (MKA10) – turbogenerátor se spalovací turbínou, BK – bypassový komín (klapka), SK – spalinový kotel 100 MWt, TG2 (MKA20) – turbogenerátor s parní turbínou 20 MWe, RCHS – redukční a chladící stanice páry, RS – redukční stanice, ZO – základní ohřívák 42, 5 MWt, ŠO – špičkový ohřívák 42,5 MWt, HVK – horkovodní plynové kotle 2x27MWt, OČ – oběhová čerpadla horkovodu, ČVO – čerpadla vloženého okruhu, DV – deskové výměníky akumulace tepla, ČA – čerpadla akumulace, AKU – dvojice spojených akumulátorů tepla 345 MWht, EK – elektrodový kotel 20 MW, ZP – zemní plyn.

Autoři

• Ing. Ochrana Ladislav
• Ing. Ondroušek Luděk